Дочь князя Михаила Александровича Дондукова-Корсакова. В молодости пережила какую-то душевную драму, в результате которой княжна стала очень религиозна. Одно время она увлекалась учением английского проповедника лорда Редстока и принадлежала к секте пашковцев, но потом вернулась к православию, хотя до конца её религиозные взгляды не полностью совпадали с учением православной церкви (она, к примеру, считала, что человек состоит из трёх элементов: тела, души и духа, из которых только последний бессмертен).
Первый полевой госпиталь был организован княжной Дондуковой-Корсаковой в 1851 году в селе Полоное Порховского уезда Псковской губернии.
После начала Крымской войны добилась аудиенции у Николая I и получила разрешение на перемещение госпиталя на театр военных действий. На деньги деда (князя Никиты Ивановича Дондукова-Корсакова) организовала второй полевой госпиталь, который отправила в распоряжение командующего (св. князя А. С. Меншикова). Под Браиловым госпиталь попал под сильный обстрел, и княжна была ранена в голову. Л. Н. Толстой упомянул её в «Севастопольских рассказах».
После войны вернулась в Полоное. Активно сотрудничала с ведомством императрицы Марии Фёдоровны. Получив после смерти деда Никиты Ивановича большое наследство, использовала его на благотворительность.
В 1870-х годах Дондукова-Корсакова основала в Порховском же уезде общину сестер милосердия Святой Магдалины, с больницей для сифилитиков, и работала с замечательным самоотвержением и энергией. В следующие годы она посещала тюрьмы, заботясь о религиозном воспитании и перерождении арестантов и вместе с тем стараясь улучшить их положение; при этом она отличалась полной религиозной терпимостью, не обходя ни иноверцев, ни открытых атеистов. В 1880-е годы занялась вопросами переустройства тюремной системы: учреждала библиотеки в тюрьмах, устраивала впервые в России калориферное отопление в камерах, добивалась введения «парольной системы» — временного освобождения из тюрем по семейным обстоятельствам.
Долго добивалась возможности посетить Шлиссельбургскую крепость. После очередного отказа обратилась с просьбой заключить в крепость её саму. В 1904 году она, после усиленных хлопот и целого ряда неудач, наконец, добилась доступа к политическим арестантам Шлиссельбургской крепости. Многократно посещая их, княжна сблизилась с Верой Фигнер, Николаем Морозовым и другими политическими заключенными, целыми месяцами жила в Шлиссельбурге, всячески стараясь облегчить участь заключённых и помогая им, чем только могла, хлопоча о них перед властями, по большей части, безрезультатно. Преследуя свою цель — религиозное обращение неверующих политических арестантов, — она вовсе не навязывала им своих верований, относилась с полной терпимостью и уважением даже к их неверию и вызвала с их стороны глубокое уважение и симпатию к себе. После отправления Веры Фигнер в ссылку в Нёноксу (Архангельской губернии, на берегу Белого моря) княжна, несмотря на свой возраст, трудность пути и условий жизни в пустынном посаде, провела у В. Фигнер несколько недель (1904). Благодаря хлопотам Дондуковой-Корсаковой в Шлиссельбургской крепости была построена церковь, которой раньше там не было.
Последние годы жизни тяжело болела.